核電廠(chǎng)安全核電廠(chǎng)安全設(shè)計(jì)

1、 第三章第三章 核電廠(chǎng)的安全設(shè)計(jì)核電廠(chǎng)的安全設(shè)計(jì) - -第二節(jié) 核電廠(chǎng)安全設(shè)計(jì)原則內(nèi)容提要：三里島、切爾諾貝利、福島事故簡(jiǎn)要回顧三道屏障和五個(gè)層次的縱深防御單一故障原則三里島事故 1979年3月28日，美國(guó)三哩島核電站2號(hào)機(jī)組滿(mǎn)功率運(yùn)行。凌晨4點(diǎn)，二回路的水泵發(fā)生故障后，二回路的事故冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入，但因前些天工人檢修后未將事故冷卻系統(tǒng)的閥門(mén)打開(kāi)，致使這一系統(tǒng)自動(dòng)投入后，二回路的水仍斷流。導(dǎo)致一回路升溫升，進(jìn)而觸發(fā)反應(yīng)堆自動(dòng)停堆，卸壓閥也自動(dòng)打開(kāi)。三里島事故 同時(shí)，當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)壓力下降至正常時(shí)，卸壓閥由于故障未能自動(dòng)回座，使堆芯冷卻劑繼續(xù)外流，壓力降至正常值以下，于是應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入，但

2、操作人員未判明卸壓閥沒(méi)有回座，反而關(guān)閉了應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)，停止了向堆芯內(nèi)注水。 這一系列的管理和操作上的失誤與設(shè)備上的故障交織在一起，使一次小的故障急劇擴(kuò)大，造成堆芯熔化的嚴(yán)重事故。三里島事故 在這次事故中，主要的工程安全設(shè)施都自動(dòng)投入，同時(shí)由于反應(yīng)堆有幾道安全屏障（燃料包殼，一回路壓力邊界和安全殼等），因而無(wú)一傷亡，在事故現(xiàn)場(chǎng)，只有3人受到了略高于半年的容許劑量的照射。核電廠(chǎng)附近80千米以?xún)?nèi)的公眾，由于事故，平均每人受到的劑量不到一年內(nèi)天然本底的百分之一，因此，三里島事故對(duì)環(huán)境的影響極小。切爾諾貝利事故 1986年4月26日當(dāng)?shù)貢r(shí)間1點(diǎn)24分，前蘇聯(lián)的烏克蘭共和國(guó)切爾諾貝利（，Chernob

3、yl）（原本以列寧的名字來(lái)命名）4號(hào)反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重泄漏及爆炸事故。切爾諾貝利事故 事故經(jīng)過(guò)： 4月25日l(shuí)點(diǎn)整，工作人員開(kāi)始降低反應(yīng)堆功率（直到此時(shí)，該機(jī)組一直在額定參數(shù)下運(yùn)行 在14點(diǎn)，按照試驗(yàn)大綱的要求，把反應(yīng)堆應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)與強(qiáng)迫循環(huán)回路（MFCC）斷開(kāi)。可是，由于控制室的要求推遲了機(jī)組從運(yùn)行狀態(tài)下解列。于是，在違反運(yùn)行規(guī)程的情況下，該機(jī)組在應(yīng)急冷卻系統(tǒng)斷開(kāi)后繼續(xù)運(yùn)行。切爾諾貝利事故 在23點(diǎn)10分又開(kāi)始降功率。試驗(yàn)大綱中，發(fā)電機(jī)惰走的同時(shí)供給機(jī)組需要的電源應(yīng)在堆功率為7001000兆瓦（熱）下完成。 可是，當(dāng)局部的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)切除時(shí)（這是按低功率下運(yùn)行規(guī)程應(yīng)該做的），操作人員未能足夠

4、迅速地消除因自動(dòng)調(diào)節(jié)棒的測(cè)量部件所引起的不平衡。結(jié)果，功率降到30兆瓦（熱）以下。切爾諾貝利事故 4月26日1點(diǎn)，操作人員才成功地使功率穩(wěn)定在200兆瓦（熱）。同時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)堆“中毒”仍在繼續(xù)，進(jìn)一步提高功率受到了小的可利用的過(guò)剩反應(yīng)性的限制。所以，當(dāng)時(shí)的功率實(shí)際上低于規(guī)定要求的水平。 l點(diǎn)23分30秒，操作人員從快速反應(yīng)性計(jì)算程序輸出看到，現(xiàn)在過(guò)剩反應(yīng)性已達(dá)到要求立即停堆的水平。 然而，工作人員并沒(méi)有據(jù)此停堆，而是繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。 1點(diǎn)23分4秒第8號(hào)透平發(fā)電機(jī)組事故調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。反應(yīng)堆在大約200兆瓦（熱）功率下繼續(xù)運(yùn)行。與兩臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組（7號(hào)透平發(fā)電機(jī)組于4月25日關(guān)閉）的應(yīng)急調(diào)節(jié)閥關(guān)閉有關(guān)的

5、事故保護(hù)系統(tǒng)都被解除，以便若第一次試驗(yàn)失敗的話(huà)，將有可能再重新做該實(shí)驗(yàn)。 這意味著更進(jìn)一步違反實(shí)驗(yàn)大綱，大綱沒(méi)有規(guī)定在關(guān)閉2臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組時(shí)切除反應(yīng)堆事故保護(hù)系統(tǒng)。 切爾諾貝利事故 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之后不久反應(yīng)堆功率開(kāi)始緩慢上升。在1點(diǎn)23分40秒，機(jī)組值班長(zhǎng)發(fā)出命令按動(dòng)AZ5按鈕。這將把所有的控制棒和快速停堆棒插入堆芯。這些棒下落幾秒鐘后，感到有一些振動(dòng)，而且，操作人員看到吸收棒沒(méi)有完全插到堆芯底部停止位置。（正反應(yīng)性引入過(guò)大，功率劇增，反應(yīng)堆不可控的） 接著他切斷了棒控制系統(tǒng)的伺服機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電源，以便使吸收棒靠本身自重墜入堆芯。根據(jù)4號(hào)機(jī)組外側(cè)的目擊者們提供的情況，在1點(diǎn)24分接連發(fā)生兩次爆炸。

6、燃著物的團(tuán)塊和火星沖入反應(yīng)堆上空，其中有些落到汽輪機(jī)廠(chǎng)房屋頂并開(kāi)始著火。 切爾諾貝利事故切爾諾貝利事故 大約有1650平方千米的土地被輻射。后續(xù)的爆炸引發(fā)了大火并散發(fā)出大量高輻射物質(zhì)到大氣層中，涵蓋了大面積區(qū)域。這次災(zāi)難所釋放出的輻射線(xiàn)劑量是廣島原子彈的幾百倍。事故導(dǎo)致30人當(dāng)場(chǎng)死亡，上萬(wàn)人由于放射性物質(zhì)的長(zhǎng)期影響而致命或患的重病。福島事故 2011年3月11日下午，日本東部海域發(fā)生里氏9.0級(jí)大地震，并引發(fā)海嘯。位于日本本州島東部沿海的福島第一核電站停堆，且若干機(jī)組發(fā)生失去冷卻事故，運(yùn)營(yíng)福島第一核電站的東京電力公司在13日上午11時(shí)，向政府作出緊急通報(bào)，宣布福島第一核電站進(jìn)入“緊急狀態(tài)”;3

7、月12日下午，一號(hào)機(jī)組發(fā)生爆炸;3月14日，三號(hào)機(jī)組發(fā)生兩次爆炸；日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省原子能安全保安院承認(rèn)有放射性物質(zhì)泄漏到大氣中，方圓若干公里內(nèi)的居民被緊急疏散（疏散范圍一直在擴(kuò)大）。福島事故直接原因：強(qiáng)地震海嘯 間接原因：設(shè)計(jì)的缺陷和建設(shè)時(shí)對(duì)自然災(zāi)難引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不足核島設(shè)備存在安全隱患（老化）運(yùn)營(yíng)和審查機(jī)構(gòu)失職緊急情況下應(yīng)急管理經(jīng)驗(yàn)缺失從以上事故分析看來(lái)都有設(shè)計(jì)上的原因 三里島是常規(guī)設(shè)備的可靠性不夠； 切爾諾貝利是低功率下 設(shè)計(jì)成正具有正反應(yīng)性效應(yīng)，且慢化劑為高溫下可燃燒的石墨； 福島是嚴(yán)重事故的防御能力設(shè)計(jì)不足。核電廠(chǎng)基本設(shè)計(jì)原則大部分體現(xiàn)在 單一故障準(zhǔn)則 冗余性原則（多樣性原則） 多樣性原

8、則 獨(dú)立性原則 故障安全原則（失效安全原則） 定期試驗(yàn)、維護(hù)、檢查的措施 固有安全性的設(shè)計(jì)原則 運(yùn)行人員操作優(yōu)化的設(shè)計(jì) 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)反饋核電廠(chǎng)安全設(shè)計(jì)總原則 縱深防御基本安全原則 多道屏障 多級(jí)防御 單一故障準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故準(zhǔn)則多道屏障 燃料芯塊 元件包殼 一回路壓力邊界 安全殼防止放射性物質(zhì)外泄的四道屏障 第一道防線(xiàn)第一道防線(xiàn)預(yù)防事故（預(yù)防） 設(shè)計(jì)偏安全 質(zhì)量保證系統(tǒng) 安全標(biāo)準(zhǔn) 第二道防線(xiàn)第二道防線(xiàn)監(jiān)測(cè)事故（監(jiān)測(cè)） 檢測(cè)和糾正偏離正常運(yùn)行狀態(tài) 保護(hù)裝置、系統(tǒng) 安全裕量（多重、設(shè)備分級(jí)） 第三道防線(xiàn)第三道防線(xiàn)防止事故擴(kuò)大（保護(hù)） 多道屏障 專(zhuān)設(shè)安全措施 停堆系統(tǒng) 第四道防線(xiàn)第四道防線(xiàn)緩解事

9、故（緩解） 嚴(yán)重事故管理 第五道防線(xiàn)第五道防線(xiàn)應(yīng)急計(jì)劃（應(yīng)急） 居民屏蔽、撤退、供給藥物安全設(shè)計(jì)中的多級(jí)防御第一道防線(xiàn)預(yù)防事故(預(yù)防) 目的 對(duì)事故的預(yù)防 設(shè)計(jì)要求 精心設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行核電廠(chǎng)，防止發(fā)生故障 使放射性物質(zhì)始終處于設(shè)計(jì)許可的位置并受到監(jiān)控 核電廠(chǎng)的設(shè)計(jì)必須是穩(wěn)妥的和偏于安全的 電廠(chǎng)各系統(tǒng)、各設(shè)備不能出現(xiàn)不允許的差錯(cuò)或故障 管理要求 建立周密的程序，嚴(yán)格的制度和必要的監(jiān)督 建立一整套質(zhì)量保證和安全標(biāo)準(zhǔn) 按嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及質(zhì)量保證程序進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維修 工作人員的要求 加強(qiáng)對(duì)核電站工作人員的教育和培養(yǎng)保守的設(shè)計(jì)可靠的設(shè)備第二道防線(xiàn)監(jiān)測(cè)事故(監(jiān)測(cè))

10、目的 防止運(yùn)行中出現(xiàn)的偏差發(fā)展成為事故 這是考慮到即使在核電廠(chǎng)的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行中采取了各種措施，電廠(chǎng)仍然可能會(huì)發(fā)生故障。 提供工程系統(tǒng)，防止事件演變成事故 設(shè)計(jì)要求 設(shè)置可靠保護(hù)裝置和工程系統(tǒng) 它們的功能是探測(cè)妨礙安全的瞬變，完成適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)動(dòng)作 這些系統(tǒng)必須按保守的設(shè)計(jì)實(shí)踐設(shè)計(jì) 必須留有足夠的安全裕量并應(yīng)配有重復(fù)探測(cè)、檢查和控制手段 各種測(cè)試儀表必須具備較高的可靠性。 運(yùn)行管理要求 必要時(shí)啟用由設(shè)計(jì)提供的安全系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng) 防止設(shè)備故障和人為差錯(cuò)釀成事故第三道防線(xiàn)防止事故擴(kuò)大（保護(hù)） 目的 限制事故引起的放射性后果 通過(guò)提供工程系統(tǒng)緩解事故，是對(duì)于前兩道防御的補(bǔ)充 它專(zhuān)門(mén)用于對(duì)付那些幾乎不可

11、能發(fā)生但從安全角度又必須加以考慮的各種事故。 限制和盡量減少放射性釋放量 設(shè)計(jì)要求 配置必需的專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施，以便對(duì)付預(yù)期假想事故 保證多道屏障的完整性 確保停堆系統(tǒng)的可靠性 運(yùn)行管理要求 啟用核電站安全系統(tǒng) 加強(qiáng)事故中的電站管理 防止事故擴(kuò)大，保護(hù)安全殼廠(chǎng)房第四道防線(xiàn)緩解事故（緩解） 目的 針對(duì)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)可能已被超過(guò)的嚴(yán)重事故 保證放射性釋放在盡可能低的程度 保護(hù)包容功能 設(shè)計(jì)要求 制定事故管理規(guī)程(SAM) 制定防止事故進(jìn)展的補(bǔ)充措施和規(guī)程 制定減輕嚴(yán)重事故后果的措施 運(yùn)行管理要求第五道防線(xiàn)應(yīng)急計(jì)劃（應(yīng)急） 目的 萬(wàn)一發(fā)生極不可能發(fā)生的事故，并且有放射性外泄，啟用廠(chǎng)內(nèi)外應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃 在嚴(yán)重事故

12、工況下保護(hù)廠(chǎng)外公眾免受過(guò)量的輻射 努力減輕事故對(duì)居民的影響 運(yùn)行管理要求 每個(gè)核電廠(chǎng)均應(yīng)制訂應(yīng)急計(jì)劃 能對(duì)附近居民實(shí)行屏蔽、疏散、供給藥物 并對(duì)食物進(jìn)行封鎖，使損害降到最小限度單一故障準(zhǔn)則 定義某部件出現(xiàn)故障時(shí)，它的功能能保證 安全系統(tǒng)的冗余原則 多樣性原則 失效安全原則 獨(dú)立性原則單一故障準(zhǔn)則 滿(mǎn)足單一故障準(zhǔn)則的設(shè)備組合 在其任何部位發(fā)生單一隨機(jī)故障時(shí)，仍能保持所賦于的功能。 由單一隨機(jī)事件引起的各種繼發(fā)故障，均視作單一隨機(jī)故障的組成部分 采用多樣性原則能減少某些共因故障或共模故障，從而提高某些系統(tǒng)的可靠性v共因故障共因故障 由特定的單一事件或起因?qū)е氯舾裳b置或部件功能失效的故障冗余性原則

13、又稱(chēng)多重性原則 適用于安全系統(tǒng) 內(nèi)容 設(shè)計(jì)中留有冗余度，即系統(tǒng)是雙重或多重配置的，單一部件的失效不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)失去功能 作用 一套設(shè)備出現(xiàn)故障或失效是可承受的，不致于導(dǎo)致功能的喪失 例 在某一特定功能可由任意兩臺(tái)泵完成之處，設(shè)置三臺(tái)或四臺(tái)泵。為滿(mǎn)足多重性要求，可采用相同的或不同的部件。 多樣性原則 多樣性多樣性 為執(zhí)行某一確定功能 設(shè)置多重部件或系統(tǒng) 這些部件或系統(tǒng)具有不同屬性 獲得不同屬性的方式 采用不同的工作原理 不同的物理變量 不同的運(yùn)行條件 使用不同制造廠(chǎng)的產(chǎn)品獨(dú)立性原則 獨(dú)立性 為了提高系統(tǒng)的可靠性，防止發(fā)生共因故障或共模故障，系統(tǒng)安全系統(tǒng)各個(gè)冗余支之間，通過(guò)功能隔離或?qū)嶓w分隔，實(shí)現(xiàn)

14、系統(tǒng)布置和設(shè)計(jì)的獨(dú)立性。（1）保持多重系統(tǒng)部件之間的獨(dú)立性； （2）保持系統(tǒng)中各部件與假設(shè)始發(fā)事件效應(yīng)之間的獨(dú)立性例如，假設(shè)始發(fā)事件不得引起安全系統(tǒng)或安全功能的失效或喪失（3）保持不同安全等級(jí)的系統(tǒng)或部件之間適當(dāng)?shù)莫?dú)立性； （4）保持安全重要物項(xiàng)與非安全重要物項(xiàng)之間的獨(dú)立性。 功能隔離功能隔離 為防止線(xiàn)路或系統(tǒng)的功能受到相鄰線(xiàn)路或系統(tǒng)的運(yùn)行方式或故障的影響所采取的措施。獨(dú)立性可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)功能隔離或?qū)嶓w分隔實(shí)現(xiàn)。故障安全原則 又稱(chēng)失效安全原則 內(nèi)容 核電廠(chǎng)安全極為重要的系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能貫徹故障安全原則 易于損壞的安全相關(guān)電氣或機(jī)械部件，設(shè)計(jì)必須遵循失效安全的原則 壽命短的設(shè)備，設(shè)

15、計(jì)必須是失效安全原則 控制系統(tǒng)失效應(yīng)能引起停堆 核系統(tǒng)或部件發(fā)生故障時(shí)，電廠(chǎng)應(yīng)能在毋需任何觸發(fā)動(dòng)作的情況下進(jìn)入安全狀態(tài) 作用 任何失效或故障應(yīng)使電廠(chǎng)的狀態(tài)趨于安全 例 控制系統(tǒng)的故障應(yīng)自動(dòng)地引起停堆 重要的閥門(mén)在斷電時(shí)自動(dòng)關(guān)/開(kāi)，處于安全狀態(tài)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故準(zhǔn)則 最大可信事故 以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故為基礎(chǔ)的安全評(píng)價(jià)確定論評(píng)價(jià)法 以概率風(fēng)險(xiǎn)理論為核電站安全評(píng)價(jià)概率安全評(píng)價(jià)基于縱深防御的思想基于風(fēng)險(xiǎn)的思想三里島事故 在這次事故中，主要的工程安全設(shè)施都自動(dòng)投入，同時(shí)由于反應(yīng)堆有幾道安全屏障（燃料包殼，一回路壓力邊界和安全殼等），因而無(wú)一傷亡，在事故現(xiàn)場(chǎng)，只有3人受到了略高于半年的容許劑量的照射。核電廠(chǎng)附近80千

16、米以?xún)?nèi)的公眾，由于事故，平均每人受到的劑量不到一年內(nèi)天然本底的百分之一，因此，三里島事故對(duì)環(huán)境的影響極小。 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之后不久反應(yīng)堆功率開(kāi)始緩慢上升。在1點(diǎn)23分40秒，機(jī)組值班長(zhǎng)發(fā)出命令按動(dòng)AZ5按鈕。這將把所有的控制棒和快速停堆棒插入堆芯。這些棒下落幾秒鐘后，感到有一些振動(dòng)，而且，操作人員看到吸收棒沒(méi)有完全插到堆芯底部停止位置。（正反應(yīng)性引入過(guò)大，功率劇增，反應(yīng)堆不可控的） 接著他切斷了棒控制系統(tǒng)的伺服機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電源，以便使吸收棒靠本身自重墜入堆芯。根據(jù)4號(hào)機(jī)組外側(cè)的目擊者們提供的情況，在1點(diǎn)24分接連發(fā)生兩次爆炸。燃著物的團(tuán)塊和火星沖入反應(yīng)堆上空，其中有些落到汽輪機(jī)廠(chǎng)房屋頂并開(kāi)始著火。 切爾諾貝利事故多道屏障 燃料芯塊 元件包殼 一回路壓力邊界 安全殼防止放射性物質(zhì)外泄的四道屏障 第一道防線(xiàn)第一道防線(xiàn)預(yù)防事故（預(yù)防） 設(shè)計(jì)偏安全 質(zhì)量保證系統(tǒng) 安全標(biāo)準(zhǔn) 第二道防線(xiàn)第二道防線(xiàn)監(jiān)測(cè)事故（監(jiān)測(cè)） 檢測(cè)和糾正偏離正常運(yùn)行狀態(tài) 保護(hù)裝置、系統(tǒng) 安全裕量（多重、設(shè)備分級(jí)） 第三道防線(xiàn)第三道防線(xiàn)防止事故擴(kuò)大（保護(hù)） 多道屏障 專(zhuān)設(shè)安全措施